第五章 微处理器总线操作与时序 三、总线时序 一、 8086/8088引脚 二、最小模式和最大模式.

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4 第五章 微处理器总线操作与时序 三、总线时序 一、 8086/8088引脚 二、最小模式和最大模式

5 8086/8088的时钟和总线周期 时钟周期 CPU的基本时间计量单位，由主频决定 8086的主频为5MHz，1个时钟周期就是200ns
指令周期（Instruction Cycle） 执行一条指令所需要的时间 总线周期 (Bus Cycle) 指令周期划分为一个个总线周期。 当CPU要从存储器或输入输出端口存取一个字节就是一个总线周期 一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成 如果想延长总线周期，则在T3和T4之间可插入1~N个等待周期TW来延长总线周期。

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7 例1 执行 MOV BX, AX 包含: 取指令 存储器读周期 例2 执行ADD [ BX ], AX 包含: 1) 取指令 存储器读周期 2) 取 DS:[BX]内存单元操作数存储器读周期 3) 存放结果到 DS:[BX] 内存单元 存储器写周期

8 典型的BIU总线周期波形图

9 一、8086CPU的引脚及功能 8086是16位CPU。它采用高性能的N—沟道，耗尽型负载的硅栅工艺(HMOS)制造。由于受当时制造工艺的限制，部分管脚采用了分时复用的方式，构成了40条管脚的双列直插式封装

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11 1、8086的两种工作方式 最小模式：系统中只有8086一个处理器，所有的控制信号都 是由8086CPU产生(MN/MX=1)。
最大模式：系统中可包含一个以上的处理器，比如包含协处 理器8087。在系统规模比较大的情况下，系统控 制信号不是由8086直接产生，而是通过与8086配 套的总线控制器等形成(MN/MX=0)。

12 最小模式下的引脚说明 （1） AD15～AD0 (Address Data Bus)：
地址/数据复用信号，双向，三态。 T1状态：传送的是地址信号的低16位A15～A0，然后在ALE信号控制下用锁存器将A15~A0锁存住； T3 ～ T4状态：AD15～AD0 上传送的是数据信号D15～D0。 T2状态：读总线周期为浮空状态 写总线周期传送数据信号D15~D0

13 访问存储器时作地址线A19~A16用，它们与A15~A0一起构成20位物理地址，可访问1MB内存单元
（2） A19/S6～A16/S3 (Address/Status)： 地址/状态复用信号，输出。 在T1状态： 访问存储器时作地址线A19~A16用，它们与A15~A0一起构成20位物理地址，可访问1MB内存单元 访问I/O接口时，高4位地址信号无效，I/O端口仅用A15~A0线，寻址64K个I/O端口。

14 在T2～T4状态：输出状态信息。 S6＝0 S5反映中断允许标志的状态 S5=1，允许可屏蔽中断请求 S5=0，禁止可屏蔽中断请求 S3和S4用来指示当前正在使用的段寄存器

15 S4 S3 当前正在使用的段寄存器 ES 1 SS CS或未使用任何段寄存器 DS

16 （3） RD# (Read) 读信号， 三态输出，
当CPU执行读存储器或I/O端口操作的指令时，RD#变为有效的低电平 到底是读内存还是I/O端口的数据，取决于M/IO#信号 M/IO# =1，读存储器 M/IO#=0，读I/O 端口 例，MOV CX,[BX]；指令执行时， RD#=0，M/IO#＝1，读存储器 IN AL,40H； 指令执行时， RD#=0，M/IO#=0，读I/O端口

17 （5） WR# (Write) 写信号，三态输出，低电平有效，表示当前CPU正在写存储器或I／O端口。 （6）M／IO# (Memory／IO ) 存储器或I／O端口访问信号，三态输出 M／IO#＝1，表示当前CPU正在访问存储器， M／IO#＝0，表示当前CPU正在访问I／O端口。

18 （7）RESET 复位信号。 由外部输入，高电平有效，至少要保持4个时钟周期。 复位时： CPU立即中止所有操作，总线无效。 使IP、DS、ES、SS和FLAG清0，CS=FFFFH 指令队列清空 当RESET回到低电平时，系统又进入正常工作状态 由于复位时，CS：IP=FFFFH：0000H，故复位后CUP 将从FFFF0H处开始执行程序，在该处可安排一条转移指令JMP ，执行检测内存等操作。

19 （8）INTR( Interrupt Request) 可屏蔽中断请求信号，由外部输入，电平触发，高电平有效。
INTR为高电平时，表示外部设备向CPU发出中断请求， CPU在每条指令的最后一个时钟周期对INTR进行采样，若INTR＝1，并且当中断允许标志IF＝1时，则暂停执行下条指令转入中断响应周期。 NMI( Non—Maskable Interrupt Request) 不可屏蔽中断请求信号。由外部输入，边沿触发，正跳沿有效。 CPU一旦测试到NMI有效时，待当前指令执行完进入类型为2的不可屏蔽中断 这类中断不受IF标志的影响，不能用软件屏蔽

20 （9）INTA# (Interrupt Acknowledge) 中断响应信号
当外设从INTR引脚向CPU发出中断请求信号，CPU响应后就进入中断响应总线周期 在中断响应周期的T2~T4状态，CPU从INTA#引脚向外设连续发出两个负脉冲（即INTA#信号） 第一个INTA#信号通知外设，CPU已响应中断 第二个INTA#信号将中断类型码置于数据总线上，以便转入相应中断服务程序

21 （10）ALE(Address Latch Enable)
地址锁存使能信号，输出，高电平有效。 用作地址锁存器8282/8283的选通信号 T1状态ALE为高电平，允许AD15~AD0, A19/S6~A16/S3输出地址信号 ALE的下降沿将20位地址锁存住，使上述复用总线可传送数据或状态信号，从而使地址/数据信号分离，地址/状态信号分离

22 （11）READY 准备就绪信号。 由外部输入，高电平有效，表示CPU访问的存储器或I／O端口己准备好传送数据。当READY无效时，要求CPU插入一个或多个等待周期Tw，直到READY信号有效为止。

23 在总线周期T1状态，BHE#有效，表示数据线上高8位数据有效。在T2～T4状态BHE # /S7 输出状态信息S7。S7在8086中未定义。
（12）BHE# /S7 (Bus High Enable/Status)： 数据总线高8位使能和状态复用信号，输出。 在总线周期T1状态，BHE#有效，表示数据线上高8位数据有效。在T2～T4状态BHE # /S7 输出状态信息S7。S7在8086中未定义。

24 8086/ 8088系统的存储体结构 8088系统的存储体结构 8086系统的存储体结构

25 （14） DT/R#(Data Transmit/Receive)：
 （13）DEN# (Data Enable) 数据允许信号，输出，三态，低电平有效。用于数据总线驱动器的控制信号。   （14） DT/R#(Data Transmit/Receive)： 数据驱动器数据流向控制信号，输出，三态。在8086系统中，通常采用8286或8287作为数据总线的驱动器，用DT/R#信号来控制数据驱动器的数据传送方向。 当DT/R#＝1时，CPU向外部发送数据； DT/R#＝0时，CPU接收外部送来的数据。

26 8086 读/写控制信号对应的总线操作类型 总线操作 指令举例 1 读I/O接口 IN AL,DX 读存储器 MOV AX,[1000H]
1 读I/O接口 IN AL,DX 读存储器 MOV AX,[1000H] 写I/O接口 OUT DX,AL 写存储器 MOV [2000H],AL X 非法操作 无 无读写操作

27 总线请求信号。由外部输入，高电平有效器向CPU请求使用总线。
（15）HOLD(Hold Request) 总线请求信号。由外部输入，高电平有效器向CPU请求使用总线。 （16）HLDA(Hold Acknowledge) 共享总线的处理总线请求响应信号。向外部输出，高电平有效。

28 （17）TEST# 测试信号。由外部输入，低电平有效。 当CPU执行WAIT指令时(WAIT指令是用来使处理器与外部硬件同步)，每隔5个时钟周期对TEST进行一次测试，若测试到该信号无效，则CPU继续执行WAIT指令，即处于空闲等待状态；当CPU测到TEST输入为低电平时，则转而执行WAIT的下一条指令。由此可见，TEST对WAIT指令起到了监视的作用。

29 MN/MX＃＝1（＋5V），CPU工作在最小模式。MN/MX＃＝0（接地），CPU则工作在最大模式。
（18）MN/MX＃(Minimum/Maximum Mode Control)： 最大最小模式控制信号，输入。 MN/MX＃＝1（＋5V），CPU工作在最小模式。MN/MX＃＝0（接地），CPU则工作在最大模式。 （19）  GND 地。 （20) VCC 电源，接＋5V。

30 最大模式下的引脚说明 当8086CPU工作在最大模式系统时，有8个管脚重新定义 。
 （1）S2#、S1#、S0#（Bus Cycle Status，最小模式为M/IO#、D/TR#、DEN#）： 总线周期状态信号，输出。这三个信号的组合表示当前总线周期的类型。在最大模式下，由这三个信号输入给总线控制器8288，用来产生存储器、I/O的读写等相关控制信号。如下表：

31 S2# S1# S0# CPU状态 8288命令 中断响应 INTA# 1 读I/O端口 IORC# 写I/O端口 IOWC# AIOWC# 暂停 无 取指令 MRDC# 读存储器 写存储器 MWTC# AMWC# 无作用

32 （2）LOCK# 封锁信号。 三态输出，低电平有效。LOCK有效时表示CPU不允许其它总线主控者占用总线。这个信号由软件设置。当在指令前加上LOCK前缀时，则在执行这条指令期间LOCK保持有效，即在此指令执行期间，CPU封锁其它主控者使用总线。 （3）QS1、QS0(Instruction Queue Status，最小模式为ALE、INTA#)： 指令队列状态信号，输出。QS1,QS0组合起来表示前一个时钟周期中指令队列的状态，以便从外部对芯片的测试。

33 QS1 QS0 编码含义 无操作 1 从队列中取第一个字节 队列已空 从队列中取后续字节

34 （4）RQ#/GT0# ，RQ#/GT1# (Request／Grant)
总线请求信号请求／允许信号。双向，低电平有效，当该信号为输入时表示其它主控者向CPU请求使用总线；当为输出时表示CPU对总线请求的响应信号。两条线可同时与两个主控者相连，同时,RQ#/GT0#优先级高于RQ#/GT1#。

35 二、最小模式和最大模式 8086最小模式下的基本配置

36 8088最小模式下的基本配置

37 8086 读/写控制信号对应的总线操作类型 总线操作 指令举例 1 读I/O接口 IN AL,DX 读存储器 MOV AX,[1000H]
1 读I/O接口 IN AL,DX 读存储器 MOV AX,[1000H] 写I/O接口 OUT DX,AL 写存储器 MOV [2000H],AL X 非法操作 无 无读写操作

38 8088 读/写控制信号对应的总线操作类型 总线操作 1 中断响应 读I/O接口 写I/O接口 暂停 取指令 读存储器 写存储器 无操作

39 1．8282地址锁存器 8282用来作为地址锁存器，用ALE信号作为8282的选通脉冲STB输入，这样就能在总线周期的第一个时钟周期从地址/数据、地址/状态总线将地址信息锁存于8282中，从而保证了整个总线周期内存储器和I/O接口芯片能获得稳定的地址信息。

40 2．8286总线收发器 T 操作 1 数据从A0～A7到B0～B7 数据从B0～B7到A0～A7 X A0～A7，B0～B7均三态 8286用作数据总线驱动器，其T端同 连接，用于控制数据传送方向，而 端同 要连接，以保证只在CPU需要访问存储器I/O端口时才允许数据通过8286。

41 最大模式和处理器总线结构 8086最大模式下的基本配置

42 8088最大模式下的基本配置

43 ， ， 总线周期状态信号用来指示当前总线周期所进行的操作类型
， ， 总线周期状态信号用来指示当前总线周期所进行的操作类型 总线操作类型 8288命令信号 中断响应 1 读I/O端口 写I/O端口 、 暂停 无 取指令 读存储器 写存储器 无效状态

44 8288总线控制器

45 三、8086/8088的总线时序 系统的复位和启动操作 总线操作 暂停操作 中断操作 总线保持或总线请求/允许操作

46 （一）系统的复位和启动操作 复位时各寄存器值 CPU复位时各寄存器值 内容 标志位 清除 指令指针（IP） 0000H CS寄存器 FFFFH DS寄存器 SS寄存器 ES寄存器 指令队列 空 在复位状态下，CPU内部的各寄存器被置为初态。代码段寄存器CS和指令指针寄存器IP分别被初始化为FFFFH和0000H 8086复位后重新启动时，便从内存的FFFF0H处开始执行指令。

47 （二）总线操作 1．最小模式下的总线读操作 2．最小模式下的总线写操作 3．最大模式下的总线读操作 4．最大模式下的总线写操作 5．总线空操作

48 1.最小模式下的总线读操作

49 ...各状态下的操作… T1状态： CPU根据执行的是访问存储器还是访问I/O端口的指令，首先在 线上发有效电平。
从地址/数据复用线AD15～AD0和地址/状态复用线A19/S6～A16/S3发存储器单元地址(20位)或发I/O端口地址(16位)。 锁存地址信号，CPU在T1状态从ALE引脚上输出一个正脉冲作8282地址锁存器的地址锁存信号。 为实现对存储体的高位字节库（即奇地址库）的寻址，CPU在T1状态通过 引脚发面有效信号（低电平）。 为了控制数据总线传输方向，使 变为低电平，以控制数据总线收发器8286为接收数据。

50 T2状态： （1）地址信号消失，此时AD15～AD0进入高阻缓冲期，以便为读入数据作准备。
（2）A19/S6～A16/S3及 线开始输出状态信息S7～S3，持续到T4。前面已指出，在8086系统中，S7是未赋实际意义的。 （3） 信号开始变为低电平(有效)，此信号是用来开放8286总线收发器的。这样，就可以使8286提前在T3状态，即数据总线上出现输入数据前获得开放。 维持到T4的中期结束有效。 （4） 信号开始变为低电平（有效）。此信号被接到系统中所有存储器和I/O端口。用来打开数据输出缓冲器，以便将数据送上数据总线。 （5） 继续保持低电平有效的接收状态。

51 经过T1、T2后，存储器单元或I/O端口把数据送上数据总线AD15~AD0，以供CPU读取。
TW状态： 当系统中所用的存储器或外设的工作速度较慢，不能在基本总线周期规定的四个状态完成读操作时，它们将通过8284A时钟产生器给CPU送一个READY信号。 CPU在T3的前沿(下降沿)采样READY。 当采到的READY=0时（表示“末就绪”），就会在T3和T4之间插入等待状态TW，TW可以为1个或多个。 T4状态： 在T4状态和前一状态交界的下降沿处，CPU对数据总线上的数据进行采样，完成读取数据的操作。

52 2．最小模式下的总线写操作

53 8088的总线读/写操作 8088和8086的总线周期时序波形基本上是一致的，所不同的只有以下几点：
（1）由于8088只有8位数据总线，因此，地址线A15～AD8不是分时复用线。这些线上的地址信号在整个读/写周期中均保持。 （2）地址/数据的分时复用线只有AD7～AD0，其操作时序同8086的AD15～AD0。 （3）由于8088的34号引脚不是 ，而是 ，因此8088从T1开始就往 线上送出低电平有效信号，一直维持到T4。

54 3．最大模式下的总线读操作 图中带*号的信号――ALE， ， 或 和DEN都是由8288根据CPU的 ， ， 的组合产生的

55 4．最大模式下的总线写操作

56 5．总线空操作 CPU只有在和存储器或I/O端口之间交换数据，或装填指令队列时，才由总线接口部件BIU执行总线周期，否则，BIU将进入总线的空闲周期TI。

57 （三）暂停操作 当CPU执行一条暂停指令HLT（Halt）时，就停止一切操作，进入暂停状态。暂停状态一直保持到发生中断或对系统进行复位时为止。在暂停状态下，CPU可接收HOLD线上（最小模式下）或 线上（最大模式下）的保持请求。当保持请求消失后，CPU回到暂停状态。

58 （四）中断响应总线周期操作 第一个中断响应周期
CPU从 引脚上向外设端口(一般是向8259A中断控制器)先发一个负脉冲，表明其中断申请已得到允许，插入3个或2个空闲状态TI（对8088则不需插入空闲周期） 第二个中断响应周期 从 发第二个负脉冲 ，接收外设的中断类型码

59 （五）总线保持或总线请求/允许操作 当一个系统中具有多个总线主模块时，除CPU之外的其它总线主模块为了获得对总线的控制，需向CPU发出总线保持请求情号，当CPU接到此请求信号，并在同意让出总线时，就向发该请求的主模块发响应信号。 1．最小模式下的总线保持请求/保持响应操作

60 2．最大模式下的总线请求/允许/释放操作

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